Plant Phenomics | 浙江大学岑海燕教授团队基于无人机图像的水稻育种小区稻穗计数与穗型分类

学术   三农   2024-11-05 10:38   江苏  

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水稻育种过程中,小区的单位面积穗数是产量构成四要素之一,在遗传增益、产量形成等方面起着非常重要的作用,传统单位面积穗数需要人工抽样调查,不仅费时费力,还存在主观误差。因此,准确高效量化单位面积穗数对培育高产水稻品种至关重要。以往的研究基于贴近冠层的固定观测平台或无人机平台,通过这些方法得到冠层图像效率低,且图像处理流程复杂,还需要人工进行图像裁剪和标注。

2024年10月,Plant Phenomics在线发表了浙江大学题为Phenotyping of Panicle Number and Shape in Rice Breeding Materials Based on Unmanned Aerial Vehicle Imagery的研究论文。


本研究旨在开发一种基于无人机图像的全自动化、高通量的田块分割和稻穗计数方法,同时对不同稻穗进行弯曲度分类,为育种学家提供数字化的稻穗表型信息。首先,本研究于15m高度拍摄水稻冠层图像,图像拼接后使用基于Mask R-CNN的田块边界自动识别算法Plot-Seg将大田图像分割成小区尺度的子图,并根据齐穗-成熟时间将其分为3个生长阶段,而后根据集成多路径Transformer的稻穗识别网络Panicle-ViT准确检测单位面积稻穗数目。此外,使用Res2Net50模型对 0°、15°、45° 和 90° 四种角度的稻穗进行了分类。

结果表明,Plot-Seg的性能与人工分割接近,在全数据集上,Panicle-ViT的识别表现优于传统Mask R-CNN,AP50提高了3.5% 至20.5%,稻穗计数也取得了优异的性能,R2为0.73,RMSE为28.3,整体穗型分类准确率达到94.8%。研究工作实现了从小区分割到单位面积穗数预测的全流程自动化分析,为加速水稻育种材料的筛选提供关键技术支撑。


图1 小区田块分割流程图

图2 Panicle-ViT架构图

图3 小区穗数预测大田分布图

浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士研究生陆旭琦为该论文第一作者,岑海燕教授为该论文通讯作者。浙江大学教授舒庆尧、博士后谢嘉扬、博士生沈煜韬杨鑫,中国水稻研究所副研究员陈松等参与了研究工作。研究得到国家重点研发计划项目、浙江省重点研发计划项目以及中央高校基本科研业务费的资助。

文链接:

‍https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0265‍


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About Plant Phenomics

《植物表型组学》(Plant Phenomics)是由南京农业大学创办的英文学术期刊,于2019年1月正式上线发行。采用开放获取形式,刊载植物表型组学交叉学科热点领域具有突破性科研进展的原创性研究论文、综述、数据集和观点。具体范围涵盖高通量表型分析的最新技术,基于图像分析和机器学习的表型分析研究,提取表型信息的新算法,作物栽培、植物育种和农业实践中的表型组学新应用,与植物表型相结合的分子生物学、植物生理学、统计学、作物模型和其他组学研究,表型组学相关的植物生物学等。期刊已被DOAJScopusPMCEISCIE等数据库收录。科睿唯安JCR2022影响因子为7.6,位于农艺学一区(1/125名),植物科学一区(13/265名),遥感一区(6/62名)。2023年中科院期刊分区位于农林科学大类一区2020年入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年入选江苏科技期刊卓越行动计划领军期刊项目。


说明:本文由《植物表型组学》编辑部负责组稿。

中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

特邀作者:陆旭琦
编辑排版:王平、李芯蕊(南京农业大学)

审核:尹欢、孔敏

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植物表型组学
《植物表型组学》(Plant Phenomics)是南京农业大学主办的英文学术期刊,刊载植物表型组学交叉学科热点领域具有突破性科研进展的原创性研究论文、综述、数据集和观点。
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